UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CAMPUS DE CRATEÚS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
CAIO SOARES ROSA
OPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DOS MUNICÍPIOS DA REGIÃO HIDROGRÁFICA DOS SERTÕES DE CRATEÚS
CRATEÚS 2019
CAIO SOARES ROSA
OPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DOS MUNICÍPIOS DA REGIÃO HIDROGRÁFICA DOS SERTÕES DE CRATEÚS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Alan Michell Barros Alexandre.
CRATEÚS - CE 2019
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca Universitária
Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
R694o Rosa, Caio Soares.
Operação de reservatórios do sistema de abastecimento dos municípios da Região Hidrográfica dos Sertões de Crateús / Caio Soares Rosa. – 2019.
99 f. : il. color.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Campus de Crateús, Curso de Engenharia Civil, Crateús, 2019.
Orientação: Prof. Dr. Alan Michell Barros Alexandre.
1. Modelagem hidrológica. 2. Abastecimento humano. 3. SMAP. 4. LabSid AcquaNet. I. Título. CDD 620
CAIO SOARES ROSA
OPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DOS MUNICÍPIOS DA REGIÃO HIDROGRÁFICA DOS SERTÕES DE CRATEÚS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil.
Aprovada em: ___/___/______.
BANCA EXAMINADORA
________________________________________ Prof. Dr. Alan Michell Barros Alexandre (Orientador)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Ms. Tatiane Lima Batista
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Ms. Janine Brandão de Farias Mesquita
AGRADECIMENTOS
A Deus, por ter me guiado mesmo nos momentos mais difíceis.
Aos meus pais, Maria Luzineide e Manoel Valneir, que sempre me deram todo suporte em minhas escolhas.
A minha irmã, Alana Rosa (in memoriam), que sempre foi uma fonte de inspiração, me fazendo sempre querer me superar.
Aos meus familiares, que sempre acreditaram no meu potencial.
Aos meus amigos, os quais sempre estiveram dispostos a ajudar, independente do momento e que sem os mesmos essa fase não seria tão engrandecedora.
Ao meu orientador, professor Alan Michell, pelas inúmeras horas de boas conversas e orientações.
RESUMO
A luta contra a escassez de recurso hídrico é constante na realidade do semiárido do Nordeste brasileiro. Tendo em vista isso, houve a construção de diversos reservatórios nos mais diversos locais com a finalidade de reter esse recurso para o uso posterior nos períodos de estiagem. Para que esse recurso seja distribuído da forma mais eficiente para o sistema, é necessário que sejam feitos estudos acerca da alocação e operação dos reservatórios que o compõem. Neste trabalho o enfoque ocorreu na operação visando a avaliação do sistema quanto ao uso para abastecimento humano, sendo feita a avaliação para os cenários de demandas atuais e futuras para os municípios. O estudo foi localizado nos Sertões de Crateús, com os reservatórios de abastecimento humano dos municípios, totalizando sete reservatórios no estudo para quatro municípios. A metodologia utilizada foi subdividida em duas etapas, a primeira foi o cálculo das vazões pseudo-históricas afluentes aos reservatórios, utilizando a metodologia de transformação de chuva – vazão por meio do SMAP, a segunda etapa, consistiu na operação dos reservatórios utilizando o sistema de suporte a decisão LabSid AcquaNet, onde foram avaliados os comportamentos dos reservatórios e dos possíveis desabastecimentos para a região. Os resultados obtidos para a calibração do modelo chuva – vazão demonstraram grande ajuste na captação da variação histórica de vazões, gerando vazões afluentes pseudo-históricas aos reservatórios que se mostraram representativas quando avaliadas em conjunto com a evolução volumétrica dos reservatórios. Para os resultados da operação dos reservatórios foi possível avaliar e compreender o comportamento dos mesmos, demonstrando as fragilidades do sistema e intermitências para as demandas.
ABSTRACT
The fight against the scarcity of water resources is constant in the reality of the semi-arid northeast of Brazil, in view of this, there was the creation of several reservoirs in the most diverse places in order to retain this resource for later use in the periods of drought. In order for this resource to be distributed in the most efficient way to the system, studies must be done about the allocation and operation of the reservoirs that compose it. In this work, the focus occurred in the operation aimed at evaluating the system regarding the use for human supply, and the evaluation for the scenarios of current and future demands for the municipalities was made. The study was located in the Sertões de Crateús, with the human supply reservoirs of the municipalities, totaling seven reservoirs in the study for four municipalities. The methodology used was subdivided into two stages, the first was the calculation of pseudo-historical flows affluent to reservoirs, using the rain – flow processing methodology through SMAP, the second stage, consisted of the operation of the reservoirs using the decision support system LabSid AcquaNet, where the behaviors of reservoirs and possible shortages for the region were evaluated. The results obtained for the calibration of the rain - flow model demonstrated great adjustment in the capture of historical variation of flows, generating pseudohistoric affluent flows to reservoirs that were representative when evaluated together volumetric evolution of reservoirs. For the results of the operation of the reservoirs it was possible to evaluate and understand their behavior, demonstrating the weaknesses of the system and bursts for the demands.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Representação esquemática do modelo SMAP mensal. ... 23
Figura 2 - Sertões de Crateús. ... 25
Figura 3 - Altitudes da região dos Sertões de Crateús. ... 27
Figura 4 - Região Hidrológica dos Sertões de Crateús. ... 29
Figura 5 - Bacia do Açude Carnaubal. ... 31
Figura 6 - Bacia da Barragem do Batalhão. ... 33
Figura 7 - Bacia do Açude Flor do Campo. ... 36
Figura 8 - Bacia do Açude Jaburu II. ... 38
Figura 9 - Bacia do Açude Barra Velha. ... 41
Figura 10 - Bacia do Açude Cupim. ... 42
Figura 11 - Bacia do Açude Colina. ... 44
Figura 12 - Fluxograma de atividades. ... 48
Figura 13 - Disposição espacial das estações em estudo. ... 52
Figura 14 - Thiessen para a bacia da estação fluviométrica. ... 54
Figura 15 - Bacias incrementais dos reservatórios. ... 55
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Evolução do volume armazenado do açude Carnaubal. ... 30
Gráfico 2 - CAV do Açude Carnaubal. ... 32
Gráfico 3 - CAV da Barragem do Batalhão. ... 34
Gráfico 4 - Evolução do volume armazenado na Barragem do Batalhão. ... 34
Gráfico 5 - CAV Açude Flor do Campo. ... 35
Gráfico 6 - Evolução do volume armazenado no Açude Flor do Campo. ... 37
Gráfico 7 - Evolução do volume armazenado no Açude Jaburu II. ... 39
Gráfico 8 - CAV Açude Jaburu II. ... 39
Gráfico 9 - Evolução do volume armazenado no Açude Barra Velha. ... 40
Gráfico 10 - CAV Açude Barra Velha. ... 40
Gráfico 11 - Evolução do volume armazenado no Açude Cupim. ... 43
Gráfico 12 - CAV Açude Cupim. ... 43
Gráfico 13 - Evolução do volume armazenado no Açude Colina. ... 45
Gráfico 14 - CAV do Açude Colina. ... 45
Gráfico 15 - Precipitação média anual para a Região Hidrológica dos Sertões de Crateús. .... 46
Gráfico 16 - Evaporação para a Região Hidrológica dos Sertões de Crateús. ... 46
Gráfico 17 - Evapotranspiração potencial para estações em estudo. ... 47
Gráfico 18 - Resposta da calibração do modelo chuva-vazão. ... 61
Gráfico 19 - Resultados estatísticos das vazões calculadas. ... 62
Gráfico 20 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Carnaubal. ... 63
Gráfico 21 - Série pseudo-histórica de vazão para o Açude Carnaubal. ... 63
Gráfico 22 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para a Barragem do Batalhão ... 64
Gráfico 23 - Série pseudo-histórica de vazão para a Barragem do Batalhão. ... 64
Gráfico 24 - Série pseudo-histórica de vazão para o Açude Flor do Campo... 65
Gráfico 25 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Flor do Campo. ... 66
Gráfico 26 - Série pseudo-histórica de vazões para o Açude Jaburu II. ... 66
Gráfico 27 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Jaburu II. ... 67
Gráfico 29 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Barra
Velha. ... 68
Gráfico 30 - Série pseudo-histórica de vazão para o Açude Cupim. ... 69
Gráfico 31 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Cupim. ... 69
Gráfico 32 - Resultados estatísticos para as vazões afluentes calculadas para o Açude Colina. ... 70
Gráfico 33 - Série pseudo-histórica de vazão para o Açude Colina. ... 70
Gráfico 34 - Evolução do volume do Açude Carnaubal com abastecimento único. ... 72
Gráfico 35 - Evolução do volume do Açude Carnaubal com abastecimento compartilhado. .. 75
Gráfico 36 - Evolução do volume da Barragem do Batalhão com abastecimento único. ... 77
Gráfico 37 - Evolução do volume da Barragem do Batalhão com abastecimento compartilhado. ... 80
Gráfico 38 - Evolução do volume do Açude Flor do Campo. ... 82
Gráfico 39 - Evolução do volume do Açude Jaburu II. ... 85
Gráfico 40 - Evolução do volume do Açude Barra Velha. ... 87
Gráfico 41 - Evolução do volume do Açude Cupim. ... 89
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - População dos municípios dos Sertões de Crateús. ... 26
Tabela 2 - Capacidade dos reservatórios dos Sertões de Crateús. ... 28
Tabela 3 - Estações utilizadas. ... 49
Tabela 4 - Evapotranspiração para estações em milímetros. ... 53
Tabela 5 - Projeção da população. ... 58
Tabela 6 - Demandas de água em m³/s por município. ... 58
Tabela 7 - Parâmetros calibrados para estação fluviométrica 34750000. ... 60
Tabela 8 - Resultado para funções-objetivos. ... 61
Tabela 9 - Intervalos para níveis dos reservatórios. ... 71
Tabela 10 - Frequência de volume por nível do Açude Carnaubal para abastecimento único. 73 Tabela 11 - Tempo para recuperação do volume para Açude Carnaubal com abastecimento único. ... 73
Tabela 12 - Frequência de transição entre níveis para o Açude Carnaubal com abastecimento único. ... 74
Tabela 13 - Frequência de volume por nível para o Açude Carnaubal com abastecimento compartilhado. ... 76
Tabela 14 - Meses para recuperação do volume para Açude Carnaubal com abastecimento compartilhado. ... 76
Tabela 15 - Frequência em porcentagem de transição entre níveis para o Açude Carnaubal com abastecimento compartilhado. ... 76
Tabela 16 - Frequência de volume por nível da Barragem do Batalhão para abastecimento único. ... 78
Tabela 17 - Tempo para recuperação do volume para a Barragem do Batalhão com abastecimento único. ... 78
Tabela 18 - Frequência de transição entre níveis para a Barragem do Batalhão com abastecimento único. ... 79
Tabela 19 - Frequência de volume por nível da Barragem do Batalhão para abastecimento compartilhado. ... 80
Tabela 20 - Tempo para recuperação do volume para a Barragem do Batalhão com abastecimento compartilhado. ... 80 Tabela 21 - Frequência de transição entre níveis para a Barragem do Batalhão com
abastecimento compartilhado. ... 81
Tabela 22 - Desabastecimento para o município de Crateús. ... 82
Tabela 23 - Frequência de volume por nível do Açude Flor do Campo. ... 83
Tabela 24 - Tempo para recuperação do volume do Açude Flor do Campo. ... 83
Tabela 25 - Frequência de transição entre níveis do Açude Flor do Campo. ... 84
Tabela 26 - Desabastecimento para o município de Novo Oriente. ... 84
Tabela 27 - Frequência de volume por nível do Açude Jaburu II. ... 86
Tabela 28 - Tempo para recuperação do volume do Açude Jaburu II. ... 86
Tabela 29 - Frequência de transição entre níveis do Jaburu II. ... 86
Tabela 30 - Frequência de volume por nível do Açude Barra Velha. ... 88
Tabela 31 - Tempo para recuperação do volume do Açude Barra Velha. ... 88
Tabela 32 - Frequência de transição entre níveis do Açude Barra Velha. ... 88
Tabela 33 - Frequência de volume por nível do Açude Cupim. ... 90
Tabela 34 - Tempo para recuperação do volume para Açude Cupim. ... 90
Tabela 35 - Frequência de transição entre níveis para o Açude Cupim. ... 90
Tabela 36 - Desabastecimento para o município de Independência. ... 91
Tabela 37 - Frequência de volume por nível do Açude Colina. ... 93
Tabela 38 - Tempo para recuperação do volume do Açude Colina. ... 93
Tabela 39 - Frequência de transição entre níveis do Açude Colina. ... 93
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 Contextualização ... 13 1.2 Justificativa ... 15 1.3 Delimitação ... 15 1.4 Objetivos ... 16 1.5 Roteiro Temático ... 16 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 17 2.1 Alocação de Água ... 17 2.2 Operação de Reservatórios ... 18 2.3 Labsid Acquanet 2013 ... 20
2.4 Modelo Chuva – Vazão: Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) ... 22
3 ÁREA DE ESTUDO ... 25
3.1 Caracterização Geográfica ... 25
3.2 Caracterização dos Reservatórios Artificiais da Região Hidrográfica dos Sertões de Crateús ... 27
3.2.1 Açude Carnaubal ... 29
3.2.2 Barragem Batalhão ... 32
3.2.3 Açude Flor do Campo ... 35
3.2.4 Açude Jaburu II ... 37
3.2.5 Açude Barra Velha ... 39
3.2.6 Açude Cupim ... 41
3.2.7 Açude Colina ... 43
3.3 Caracterização Climática da Região... 46
4 METODOLOGIA ... 48
4.1 Levantamento de Dados ... 49
4.1.2 Dados Fluviométricos ... 51
4.1.3 Dados dos Reservatórios ... 51
4.2 Modelagem do Sistema Chuva – Vazão (SMAP) ... 53
4.2.1 Séries de Precipitação por Bacia ... 53
4.2.2 Séries de Evapotranspiração por Bacia ... 53
4.2.3 Calibração dos Parâmetros para Estação Fluviométrica ... 55
4.2.4 Criação de Série Sintética para Reservatórios... 57
4.3 Modelagem do Sistema de Reservatórios ... 57
4.3.1 Reservatórios ... 57
4.3.2 Demandas ... 57
4.3.3 Simulações ... 58
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 60
5.1 Modelo Chuva-Vazão ... 60
5.1.1 Calibração da Estação Fluviométrica ... 60
5.1.2 Cálculo das Séries Pseudo-Históricas ... 62
5.2 Operação de Reservatórios ... 71 5.2.1 Crateús ... 71 5.2.2 Novo Oriente ... 82 5.2.3 Independência ... 85 5.2.4 Quiterianópolis ... 91 6 CONCLUSÃO ... 95 REFERÊNCIAS ... 97
13
1 INTRODUÇÃO 1.1 Contextualização
A região Nordeste Brasileira (NEB), que possui em seu território uma área total de 1.542 mil km² e uma população estimada de aproximadamente 57 milhões de habitantes IBGE (2019), possui uma elevada vulnerabilidade em seus recursos hídricos. Na última década, o NEB passou por uma seca de grandes proporções entre os anos de 2011 e 2017, deixando graves marcas na população regional, agricultura e comércio.
O estado do Ceará, assim como outros estados nordestinos, possui um conjunto de características que juntas tornam a situação de caráter preocupante. Com áreas do estado exibindo marcas nítidas de desertificação, como é o caso dos sertões dos Inhamuns e do médio Jaguaribe, (CEARÁ, 2015).
Além de seu solo em grande parte constituído de maciço cristalino, sendo este encontrado a uma pequena profundidade, não possibilitando a existência de aquíferos na região e elevadas temperaturas, que podem chegar a valores entre 33 e 35 graus e condições climáticas que acarretam em uma sazonalidade do período chuvoso, tendo precipitações que podem variar de 125 à 300 mm nos meses de janeiro à abril e de 0 à 25 mm entre os meses de junho à novembro, marcando de forma clara a quadra chuvosa da região cearense e demonstrando assim a grande discrepância de precipitação ao longo dos meses do ano (INMET, 2019).
Apesar de um regime pluviométrico considerado constante, tendo, portanto, uma elevada probabilidade de as chuvas seguirem um mesmo padrão, ao serem observadas séries históricas para as precipitações, é possível notar também a existência dessa variação ao longo dos anos, intercalando períodos de maiores precipitações com períodos menores.
Assim como grande parte do NEB, o Ceará, tem um regime pluviométrico que varia entre 500 e 850 mm/ano em sua região semiárida e de 1000 à 1700 mm/ano nas regiões serranas e de praia. No entanto, a alta evaporação que chega a 2700mm/ano na região semiárida e 1500mm/ano nas regiões serranas e de praias, combinada com a inconstância das chuvas faz com que o déficit do sistema seja justificado (CEARÁ, 2015).
Por possuir em seu território, grande parte dos rios com caráter intermitente, devido ao tipo de solo presente que impossibilita um escoamento de base suficiente para perenizar os rios existentes, a utilização de reservatórios superficiais artificiais se tornou a forma mais comum de acúmulo de grandes volumes de água no estado. Dessa forma, tornaram-se transportadores de água no tempo devido a essa característica.
14
Tendo em vista essa situação, a necessidade de criação de reservatórios artificiais culminou na política de açudagem estadual. Segundo SGEE (2016) em 1886 começou a construção do açude Cedro, tendo a sua conclusão no ano 1906 e sendo o primeiro de uma série de reservatórios construídos para o combate da seca, tendo o número de reservatórios ampliado a cada novo ciclo de seca. Essas obras foram as principais ações governamentais, efetuadas pela Inspetoria Federal de Obras Contra a Seca (IFOCS), até em 1945 o órgão se transformar no atual Departamento Nacional de Obras Contra as Secas (DNOCS). Até o ano de 1988 foram construídas 72 barragens no estado cearense. Os de reservatórios privados, sendo estes normalmente de pequeno porte, possuem características intra-anual, são em sua maioria capazes de transportar água suficiente apenas para abastecer os períodos de seca, cobrindo, portanto, apenas a sazonalidade dentro do ano e sendo utilizados em sua maioria para irrigações e dessedentação animal. Os reservatórios estratégicos, que possuem uma capacidade de armazenamento suficiente para suprir a variabilidade interanual, são os utilizados para o abastecimento das cidades, sendo capazes de suportar períodos maiores de seca ao longo dos anos.
Na região hidrográfica dos sertões de Crateús, que conta com um total de quatro municípios, Crateús, Independência, Novo Oriente e Quiterianópolis, com uma população estimada de 146 mil habitantes e uma área aproximada de 3 mil km² de acordo com IPECE (2017), o cenário não é diferente. Apesar de possuir rios de grande importância para a região cortando os municípios, a qualidade e o curto período do ano em que esses rios possuem água faz com que seja necessário a utilização de reservatórios. Para o abastecimento da cidade de Crateús é utilizado um sistema com dois reservatórios, Batalhão e Carnaubal, sendo o açude Carnaubal o principal responsável pelo abastecimento. A cidade de Independência conta com um total de três açudes, sendo estes Barra Velha, Cupim e Jaburu II, seguindo respectivamente essa ordem de prioridade para o abastecimento da cidade. Os municípios de Novo Oriente e Quiterianópolis possuem apenas um reservatório cada, Flor do Campo e Colina, respectivamente.
Para a região, a seca foi ainda mais severa do que para os demais locais do estado. O sistema de abastecimento que em 2009 contava com 99,63% da sua capacidade de armazenagem, reduziu para apenas 0,61% no ano de 2015, segundo Ceará (2015), tendo este como o ponto crítico para a região. Neste ponto, a necessidade de busca por uma solução que garantisse o abastecimento foi imprescindível, culminando na transposição de água por meio de adutoras.
15
1.2 Justificativa
Os municípios da região hidrológica dos sertões de Crateús passaram por um longo período de estiagem, tendo vivenciado uma grande redução no volume de seus reservatórios. O sistema que contava com 55% da capacidade total em 2010, no ano de 2015 possuía apenas 2,25%. Dentre os municípios, Crateús, por possuir a maior população entre os demais, foi o que mais sofreu com o período.
O município de Crateús passou por um longo período de estiagem. Nesse período os reservatórios de abastecimento do município, Batalhão e Carnaubal, que segundo os dados disponíveis da COGERH possuem respectivamente 1,64 hm³ e 73,20 hm³, sofreram com a falta de aporte hídrico, resultando no colapso do sistema e em uma severa crise de abastecimento.
Com isso, a solução emergencial encontrada foi a busca por água em outras regiões. Em um primeiro momento, essa água veio do reservatório Flor do Campo, localizado no município de Novo Oriente, com capacidade de 105 hm³ e a 38 km do açude Carnaubal. Essa primeira transposição foi feita diretamente pelo leito do rio Poti.
Entretanto, esta solução mostrou-se ineficiente. Devido ao longo período de estiagem, o leito do rio encontrava-se totalmente seco, o que tornou as perdas por infiltração no solo elevadas, fazendo com que o volume que entrou efetivamente no Carnaubal fosse muito inferior ao volume necessário para o funcionamento ideal do sistema, resultando em uma nova necessidade de busca por fonte de abastecimento.
A nova fonte foi encontrada no açude Araras, reservatório localizado no município de Varjota com capacidade de 859,53 hm³ através de aproximadamente 150 km de Adutora de Montagem Rápida (AMR). A vazão advinda do açude Araras conseguiu suprir a necessidade para a regularização do sistema, apesar de antes a população ter sofrido com de falta de abastecimento e necessidade de racionamento.
Dessa forma, é possível perceber a necessidade de maiores estudos acerca do comportamento dos reservatórios, de tal forma que seja possível identificar suas fragilidades, criar um cenário com uma maior quantidade de dados disponíveis para uma melhor tomada de decisão para o sistema, controlando suas demandas, as prioridades de abastecimento ou verificando a necessidade de ampliação do sistema.
1.3 Delimitação
Este trabalho está delimitado na Região Hidrográfica dos Sertões de Crateús, compreendendo os reservatórios que abastecem os municípios de Crateús, Independência,
16
Novo Oriente e Quiterianópolis. Sendo, portanto, os reservatórios Barra Velha, Batalhão, Carnaubal, Colina, Cupim, Flor do Campo e Jaburu II.
Para o presente estudo de operação de reservatórios, os dados coletados referentes aos reservatórios e suas demandas serão obtidos com a COGERH e as precipitações com a FUNCEME. Será utilizado o software LabSid AcquaNet 2013 focado em operações de reservatórios para efetuar as simulações e cenarizações.
1.4 Objetivos
O presente trabalho tem como objetivo principal o estudo da operação dos reservatórios de abastecimento urbano da Região Hidrográfica dos Sertões de Crateús.
Os objetivos específicos são:
• Calibrar o SMAP para a estação fluviométrica Fazenda Boa Esperança (Código ANA – 34750000);
• Gerar as vazões pseudo-históricas afluentes para os reservatórios em estudo; • Modelar o hidrossistema dos reservatórios de abastecimento dos municípios; • Simular a operação do sistema existente para as demandas atuais e cenários
futuros;
• Avaliar o comportamento volumétrico dos reservatórios; • Analisar a frequência de desabastecimento municipal;
1.5 Roteiro Temático
O trabalho em questão está subdividido em cinco seções. A primeira seção é constituída da contextualização, da justificativa do tema, da delimitação espacial do estudo e de seus objetivos. A seção subsequente é composta pelo referencial teórico do estudo, apontando os pontos mais importantes para o entendimento da área de estudo e da operação de reservatórios.
Na terceira seção é exposta a metodologia necessária para o estudo, tendo os passos necessários para o seu desenvolvimento e logo em seguida, na quarta seção são apresentados os resultados obtidos. Por fim, as conclusões tiradas no presente trabalho podem ser vistas na quinta e última seção.
17
2 REFERENCIAL TEÓRICO
A presente seção irá tratar de todo o acervo teórico necessário para o entendimento deste trabalho, contendo os conteúdos necessários para a caracterização morfoclimática da região em estudo, dos seus reservatórios artificiais e da operação de reservatórios.
2.1 Alocação de Água
Segundo Roa-Garcia (2014), alocação de água refere-se as regras e procedimentos através dos quais o acesso a água, para uso individual ou coletivo, é decidido em relação a sua disponibilidade. Quando o recurso se torna escasso devido ao aumento das demandas ou a variabilidade da precipitação, as regras e procedimentos de alocação tornam-se ainda mais importantes para evitar conflitos.
Uma forma de combater os conflitos por água é utilizando dos objetivos da alocação, tal qual são apresentados no trabalho de Speed et. al. (2013). Esses objetivos estão divididos em cinco, os quais são mostrados abaixo:
1) Equidade da divisão do recurso, tendo em vista a grande quantidade de usuários aos quais devem ser abastecidos, esse recurso deve ser dividido de forma a suprir as necessidades tanto para diferentes regiões quanto para diferentes usos; 2) Proteção ambiental: a alocação tem como dever proteger o meio ambiente, mantendo o recurso de forma que seja possível a manutenção dos sistemas e processos naturais que dela necessitam;
3) Prioridades para o desenvolvimento: a alocação deve ocorrer de forma a dar suporte para o desenvolvimento local para os setores econômico e social; 4) Balanceamento entre as demandas e disponibilidade: por se tratar de um bem
com uma recarga do recurso variável ao longo do tempo, a alocação tem como dever balancear a liberação do recurso, de forma a evitar desabastecimento nos períodos críticos para o sistema;
5) Uso eficiente do recurso: a alocação tem como objetivo tratar o recurso de forma a ampliar a sua eficiência. Por se tratar de um recurso natural, seu volume é finito, mas a sua necessidade é sempre crescente, tornando imprescindível o uso eficiente do recurso disponível.
Apesar de ser o primeiro objetivo demonstrado, a divisão justa na alocação não é um fenômeno simples, diversos são os usos aos quais necessitam de água e por ser um recurso
18
que não é limitado apenas a uma região política, esse processo de negociação pode tornar-se complexo e demorado para chegar em uma solução viável para ambos. Para o mesmo autor, esses conflitos podem ser resolvidos com a distribuição da alocação por um dos três métodos citados pelo mesmo, sendo os métodos focados na divisão do recurso com base na divisão proporcional, usos existentes ou futuros usos. A divisão proporcional é feita de tal forma que cada região receba recurso com base na quantidade de população a ser abastecida, ou de acordo com a bacia local. A divisão baseada no uso existente ocorre de forma a suprir os usos históricos ou o atual nível de produtividade, já para a divisão de acordo com os usos futuros, o principal fator é a projeção de crescimento local para a região.
Com o tempo, notou-se que não apenas o acúmulo do recurso era de fundamental importância, mas o estudo de formas de melhorar o sistema de alocação desse volume também era crucial para um sistema mais eficiente. A correta alocação de água fomenta o crescimento econômico local, como é mostrado por Speed et. al. (2013) e esse fator quando bem utilizado e em conjunto com todos os usuários do sistema abre espaço para um crescimento mútuo em todos os setores locais.
Conforme art. 1 da Lei n° 9.433/97, a água é um bem de domínio público e com valor econômico agregado, devido a isso, é necessário o controle do uso desse recurso por parte do governo. Esse controle é feito por meio das outorgas, apresentado no art. 11, onde é expresso que as outorgas têm como objetivo o controle quantitativo e qualitativo do uso de água, e é necessário o pedido de outorga para diversos tipos de uso, seja ele de captação em corpo d’água ou em aquífero subterrâneo, lançamento de esgoto em corpo d’água e aproveitamento dos potenciais hidrelétricos. Nos casos em que são considerados insignificantes esses usos, a outorga não é necessária.
2.2 Operação de Reservatórios
A operação de reservatórios consiste na determinação de forma ordenada do armazenamento e liberação de recurso, de forma que possa suprir cada um dos diversos usos, segundo Cid (2017). Entretanto, devido à grande dificuldade para a correta operação de reservatórios com alto grau de complexidade, a necessidade do desenvolvimento de modelos computacionais capazes de superar esses problemas ficou evidente. Já na década de 80 é tratada sobre essa necessidade no trabalho de Yakowitz (1982), com os avanços da capacidade computacional, ocorreu a possibilidade do aprimoramento dos sistemas, de forma a reproduzir a operação de sistemas com um grande número de reservatórios e usos, sem demandar maior esforço para o operador.
19
No entanto, apesar do avanço tecnológico existente, é necessário a escolha adequada do modelo que será utilizado na operação do reservatório. Conforme apresentado por Yeh (1985), a metodologia deve ser escolhida para cada sistema, levando em consideração as características do mesmo. Ainda pelo mesmo autor, é dito que os volumes máximos e mínimos armazenados, as dimensões das tubulações ou outros equipamentos e a equação de balanço de massa são as principais restrições dos sistemas, para atingir os seus objetivos.
Para que o sistema alcance sua meta, é necessário entender que a operação de reservatórios é uma decisão sob incertezas (BRANDÃO, 2004), tendo diversos dados como uma incerteza para o sistema. Entre essas incertezas estão as vazões afluentes aos reservatórios, que podem ser geradas de formas sintéticas. Esse modelo segue a hipótese de que os parâmetros para a criação dessas séries sintéticas se mantêm ao longo do tempo. Outra incerteza com alto impacto na operação de reservatórios é a geometria do mesmo. Esse fator é observado por meio da curva de cota – área – volume (CAV) do reservatório, entretanto, a CAV projetada para o reservatório e a real muitas vezes não são iguais, essa diferença se agrava com o passar dos anos, devido ao processo de assoreamento do reservatório.
Ao tomar um sistema de reservatórios e gerar um modelo de simulação, deve-se ter em mente que a operação utilizada segue regras de operação pré-estabelecidas pelos usuários, sendo essas regras a base do funcionamento do sistema. As prioridades dadas para a ordem de abastecimento das demandas e liberação de vazão são dois casos de regras de operação de fundamental importância para a operação consistente do sistema real.
Já os fenômenos que compõem essa simulação, são tratados com as suas devidas equações que o regem, sendo, portanto, uma equação de balanço de massa, na qual as saídas do sistema são as vazões efluentes, os volumes vertidos e a evaporação do reservatório e as entradas são as vazões afluentes. Devido a esses fatos, vê-se como uma desvantagem em sistemas complexos a necessidade da definição de regras operacionais por parte do operador. A equação de balanço de massa pode ser vista na equação 1 abaixo.
𝑉𝑜𝑙𝑓 = 𝑉𝑜𝑙𝑖+ (𝑉𝑎𝑓− 𝑉𝑒𝑓) ∗ 𝐾 − 𝑉𝑜𝑙𝑣𝑒𝑟𝑡 − 𝐸𝑣𝑎𝑝 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 (1)
Em que, Volf é o volume final do mês em hm³, situado entre o volume máximo e mínimo do reservatório, Voli é o volume inicial do mês em hm³, também situado entre o volume máximo e mínimo do reservatório, Vaf é a vazão mensal afluente do reservatório em m³/s, Vef é a vazão mensal efluente do reservatório em m³/s, K é a constante de transformação de vazão para volume, Volvert é o volume vertido pelo reservatório em hm³, essa parcela só possui valor diferente de zero quando o reservatório ultrapassa sua capacidade máxima, Evap é a evaporação mensal do sistema em mm e Área é a dimensão do espelho d’água no mês em questão em km².
20
Dessa forma, para que seja possível alcançar o melhor resultado operacional, é imprescindível o uso de metodologias para otimização do sistema. A princípio eram utilizadas metodologias de tentativa e erro, causando grandes transtornos no processo. Com esse fato, o uso de recursos computacionais para otimização do sistema tornou-se indispensável, fazendo com que seja possível, de forma facilitada para o operador, atingir o modelo ótimo do sistema.
2.3 Labsid Acquanet 2013
O LabSid AcquaNet é um software desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (LabSid / USP), com o intuito de ser um modelo de rede de fluxos para simulação de bacias hidrográficas. Originalmente, o software foi desenvolvido pelo LabSid sob a denominação de MODSIM, e teve seu desenvolvimento com enfoque na operação de bacias complexas por meio do balanço de massa e o algoritmo Out-of-Kilter para otimização (ALBANO, 2004).
O software tem como possibilidade a execução de simulações de duas formas específicas: a Simulação Contínua, que consiste em uma simulação contínua no tempo e o Planejamento Tático, que é feito de forma estatística com um horizonte máximo cinco anos. Dessa forma, o software tem a capacidade de simular desde sistemas simples com apenas um único reservatório, até sistemas de alta complexidade, como é o caso do sistema de transposição de águas do rio São Francisco, possuindo uma série de demandas a serem atendidas e reservatórios a serem operados.
O AcquaNet, por ser um sistema de suporte a decisão pode ser utilizado para diversos fins, dentre eles estão os módulos de alocação de água, que podem ser observado nos trabalhos de Aragão (2008), Feitosa (2013), Medeiros, Medeiros e Maia (2015), Cid (2017), Billerbeck (2018); o módulo de irrigação, que pode ser visto no trabalho de Carvalho et. al. (2008); o módulo de qualidade de água, que foi utilizado no trabalho de Chagas (2009), no trabalho de Livele (2015) é mostrado o uso dos recursos do software para análises econômicas na alocação de água. Dessa forma, é possível perceber a grande gama de trabalhos e as diversas possibilidades de usos para o LabSid AcquaNet, sendo um software capaz de simular de forma satisfatória os aspectos dos fenômenos envolvidos.
Neste trabalho, o foco será no módulo de alocação de água, onde suas principais características são apresentadas a seguir, de acordo com o apresentado no manual de usuário do software.
O software conta com dois modos de simulação, sendo eles a simulação contínua e o planejamento tático. Para a simulação contínua, o fator determinante é a duração total de anos
21
da simulação, de forma que o modelo possa calcular continuamente cada ano até atingir a duração total. Os valores para o primeiro ano são utilizados como valores iniciais, de forma que os anos seguintes usem os valores do ano anterior como valor inicial até atingir a quantidade de anos total da simulação. Assim, é possível observar o comportamento dos reservatórios dado uma série de vazões e demandas.
Na segunda forma, o planejamento tático, o número total de anos e o horizonte de simulação são valores cruciais, os valores iniciais fornecidos pelos usuários são utilizados para calcular até a quantidades de anos do horizonte de simulação. Em seguida, o cálculo é refeito iniciando do segundo ano e assim por diante. Sendo assim, não mais existe apenas uma série única para a operação dos reservatórios, torna-se agora um conjunto de cenários igualmente possíveis, sendo possível a utilização de probabilidades para as respostas acerca do volume do reservatório ao longo dos anos e das demandas.
Para que esse processo seja possível, é necessário a introdução de uma série de dados. Para o reservatório são necessários os dados referentes a curva de cota, área e volume, os volumes máximo, mínimo e o volume inicial do reservatório, além dos valores de evaporação mensal e da vazão natural.
Para o canal, rio ou adutora responsável pelo deslocamento do recurso, são necessários os dados de capacidade máxima, mínima e de seu coeficiente de perda. No local de demanda os dados de entrada são a série de demandas ao longo do tempo e possíveis séries de vazão natural do local. Com esses dados devidamente preenchidos é possível iniciar o processo de cálculos do software.
O software possui diversas saídas de resultados, que são divididas em quatro grandes classes de resultados: os referentes aos reservatórios, as demandas, aos nós de passagem e aos links, que servem como interligações entre os reservatórios e as demandas, ou entre outros reservatórios, podendo ser atribuídas as características em casos de rios ou adutoras. Para os reservatórios é possível retirar os resultados de volumes acumulados ao longo do tempo, as vazões de entrada e saída do reservatório e o volume de água evaporado.
Nas demandas, é possível avaliar as demandas necessárias e os déficits nas mesmas, assim como as vazões de entrada e saída destes elementos. Os elementos de nós de passagem e de links é possível avaliar as vazões as quais estão passando por aqueles elementos.
Para todos os elementos descritos acima, o programa possui duas formas de representação dos resultados, sendo elas em formato de tabela e gráfico, podendo ambos serem exportados para outros softwares.
22
2.4 Modelo Chuva – Vazão: Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP)
Modelos de transformação de chuva em vazão são modelos que tentam modelar de forma mais real possível esse fenômeno hidrológico, entretanto, a complexa realidade desse processo faz com que sejam necessárias diversas aproximações para que seja possível a modelagem. Entretanto, essas aproximações necessárias trazem um conjunto de incertezas a essas técnicas. O trabalho de O’Donnel e Canedo (1980 apud Freitas; Porto, 1990), cita que as principais incertezas dessa metodologia são referentes aos registros hidrometeorológicos da bacia em estudo, da estrutura do modelo chuva-vazão e da calibração do modelo.
A primeira dessas incertezas está relacionada com a confiabilidade dos dados de precipitação e evapotranspiração. Por terem como forma de coleta a observação por um operador, esses erros são considerados erros de medição. Por se tratar de uma malha de pontos com seus valores extrapolados para toda a área da bacia induzem a erros principalmente nos casos de bacias com má distribuição dos pontos de medição, sendo esses os erros referentes a espacialidade dos dados. O trabalho de Xu e Vandewiele (1994) apontam os erros causados por esses fatores na inserção de dados para modelos de chuva-vazão mensal.
A segunda incerteza, trata do modelo, por se tratar de uma modelagem matemática para um fenômeno natural, é necessário a simplificação de alguns fenômenos, quando se trata da modelagem de transformação de chuva em vazão, muitos são os modelos existentes, cada um com suas próprias metodologias e aproximações, entretanto para todos os casos, o processo de infiltração e percolação no solo é ainda um processo complicado e que implica em resultados sem as aproximações esperadas, conforme expresso por Freitas e Porto (1990).
Contudo, não apenas o solo é um ponto fraco da modelagem. Para o modelo Soil
Moisture Accounting Procedure, o SMAP, o modelo hidrológico é tratado como uma série de
reservatórios, com transferências entre si, para o modelo mensal do SMAP, apenas dois reservatórios são considerados, o reservatório representando o acumulo de água no solo e outro representando o armazenamento subterrâneo, tendo em vista que o reservatório de acumulo superficial para o passo mensal não possui influência. O modelo SMAP apresentado por Lopes, Braga e Conejo em 1981, apresentava a representação diária do modelo, com o avanço dos estudos, as versões horárias e mensais foram introduzidas ao modelo. Segundo Estácio, Souza Filho e Rocha (2019), por ser um modelo de simples utilização, o modelo SMAP com passo mensal possui como entrada a evapotranspiração apresentada em forma de média mensal e o comportamento da bacia é considerado um comportamento único para toda a região, esses
23
processos que são utilizados como simplificações para que seja possível a representação matemática dos fenômenos naturais trazem incertezas para o processo, mas, não o invalidam.
A última incerteza mostrada no trabalho de O’Donnel e Canedo (1980 apud Freitas; Porto, 1990), é a incerteza referente a calibração do modelo. Essa incerteza é mostrada no trabalho de Estácio, Souza Filho e Rocha (2019) por ser “[...] inviável medir diretamente os parâmetros do modelo, seja pelo caráter teórico dos equacionamentos ou pela variabilidade espacial e temporal do comportamento da bacia.”.
A Figura 1 mostra o modelo esquemático do SMAP mensal. Para esta representação tem-se que Rsolo(i) é o armazenamento no reservatório do solo no mês i, Rsub(i) é o armazenamento no reservatório subterrâneo no mês i, P é a precipitação média da bacia no mês i, Es é o escoamento superficial direto da bacia ao longo do mês i, Er é a evapotranspiração real na bacia ao longo do mês i, Ep é a evapotranspiração potencial na bacia ao longo do mês i, REC é a transferência entre o solo e o reservatório subterrâneo ao longo do mês i e Ed é o escoamento de base da bacia ao longo do mês i. Todas as variáveis acima sendo em milímetros.
Dessa forma, a atualização mensal dos reservatórios é feita de acordo com as equações 2 e 3.
𝑅𝑠𝑜𝑙𝑜(𝑖 + 1) = 𝑅𝑠𝑜𝑙𝑜(𝑖) + 𝑃 − 𝐸𝑟− 𝐸𝑠−REC (2)
𝑅𝑠𝑢𝑏(𝑖 + 1) = 𝑅𝐸𝐶 − 𝐸𝐷 (3)
Figura 1 - Representação esquemática do modelo SMAP mensal.
24
Para o modelo SMAP, seis são os parâmetros necessários para sua calibração, quatro parâmetros referentes as características da bacia e dois de inicialização. Têm-se que Sat é a capacidade máxima de armazenamento do solo em mm, sendo expressa pela saturação, PES é o resultado da precipitação subtraída da parcela transferida ao escoamento superficial esse parâmetro é um valor adimensional, Crec é o coeficiente de recarga do solo sendo um valor adimensional, K é a constante de recessão do reservatório subterrâneo, sendo expresso em mês -1, Tuin é a taxa de umidade inicial do solo e Ebin é o escoamento de base inicial.
Sabendo Rsolo e Sat, a taxa de umidade do solo no mês (Tu) pode ser expressa pela equação 4:
𝑇𝑢 = 𝑅𝑠𝑜𝑙𝑜
𝑆𝑎𝑡 (4)
Com o conhecimento da taxa de umidade obtida na equação 4, é possível calcular o valor de Er da bacia por meio da equação 5:
𝐸𝑟 = 𝑇𝑢∗ 𝐸𝑝 (5)
O valor do REC, que aparece nas equações 2 e 3, é obtido por meio da equação 6:
𝑅𝐸𝐶 = 𝑅𝑠𝑜𝑙𝑜− 𝐶𝑟𝑒𝑐 ∗ 𝑇𝑢4 (6)
O valor de Es pode ser calculado a partir da equação 7, com base na precipitação e na taxa de umidade:
𝐸𝑠 = 𝑃 ∗ 𝑇𝑢𝑃𝐸𝑆 (7)
Para os casos em que o valor de Rsolo é superior ao valor de Sat, o excedente é adicionado ao valor de Es.
O escoamento de base do solo é dado conforme a equação 8:
𝐸𝑑 = 𝑅𝑠𝑢𝑏 ∗ [1 − (1 2)
1 𝐾
] (8)
A vazão efluente da bacia (Q) é obtida conforme a equação 9, onde Ad é a área da bacia em km².
𝑄 =(𝐸𝑑+𝐸𝑠)∗𝐴𝑑
2630 (9)
Entretanto, como é mostrado por Rocha, Souza Filho e Estácio (2019), dos quatro primeiros parâmetros, que são referentes as características da bacia, apenas dois possuem necessidade de serem calibrados, Sat e PES, os valores de Crec para as bacias do estado do Ceará possuem valor zero, esse valor está de acordo com o encontrado no trabalho de Alexandre (2005). Já para o parâmetro K, o modelo não possui sensibilidade para sua alteração.
25
3 ÁREA DE ESTUDO
3.1 Caracterização Geográfica
Localizada na região oeste do estado do Ceará, a região econômica dos Sertões de Crateús é composta por um total de nove municípios e tem um total de 12,82 mil quilômetros quadrados (IPECE, 2017). Na Figura 2 é possível observar os municípios que constituem essa região e a localização de seus principais reservatórios.
Figura 2 - Sertões de Crateús.
26
Abaixo, na Tabela 1 é possível ver a população de cada uma dessas localidades. Tabela 1 - População dos municípios dos Sertões de Crateús.
Município População (Censo 2010) Crateús 72.812 Independência 25.573 Novo Oriente 27.453 Quiterianópolis 19.921 Tamboril 25.451 Ipaporanga 11.343 Ararendá 10.491 Nova Russas 30.965 Monsenhor Tabosa 16.705 Sertões de Crateús 240.714
Como é possível observar na Tabela 1, a região possui no total aproximadamente 241 mil habitantes, segundo os dados do Perfil Municipal de 2017 do (IPECE,2018a; IPECE,2018b; IPECE,2018c; IPECE,2018d), com Censo Demográfico de 2010 realizado pelo IBGE.
Analisando as altitudes apresentadas na Figura 3, é possível perceber que grande parte da região dos Sertões de Crateús encontra-se entre as altitudes de 215 e 415 metros, pegando, portanto, duas classes de classificação. Nas zonas extremas, são encontradas as maiores altitudes da região, onde os valores ficam entre 615 e 915 metros e uma pequena parcela na divisa entre as cidades de Tamboril e Monsenhor Tabosa que atinge altitudes entre 915 e 1115 metros.
Desta forma, comparando a Figura 3, com a Figura 4, é possível notar que as águas dessa região correm em direção ao município de Crateús, onde segue seu curso em direção ao estado do Piauí.
27
3.2 Caracterização dos Reservatórios Artificiais da Região Hidrográfica dos Sertões de Crateús
A região possui um total de 9 reservatórios artificiais principais, que possuem a função de abastecimento dos centros urbanos e de suas localidades. Na Figura 4 é possível observar a localização desses reservatórios. Dentre eles, pode-se citar o Carnaubal e Batalhão
Figura 3 - Altitudes da região dos Sertões de Crateús.
28
responsáveis pelo abastecimento de Crateús; o Flor do Campo, localizado em Novo Oriente; Colina da cidade de Quiterianópolis e os açudes Jaburu II, Cupim e Barra Velha da cidade de Independência, sendo estes os reservatórios com enfoque nesse estudo. A Tabela 2 mostra a capacidade dos mesmos.
Tabela 2 - Capacidade dos reservatórios dos Sertões de Crateús.
Reservatório Município Capacidade Máxima (hm³) Capacidade Mínima (hm³)
Carnaubal Crateús 73,20 0,00
Batalhão Crateús 1,64 0,06
Flor do Campo Novo Oriente 105,00 0,00
Jaburu II Independência 101,64 0,00
Barra Velha Independência 99,56 0,00
Cupim Independência 4,60 0,00
Colina Quiterianópolis 4,30 0,00
Fonte: COGERH 2019.
Abaixo serão apresentadas as características destes reservatórios, desde os seus principais usos segundo a COGERH, como também suas características físicas, como curva cota, área e volume e evolução do volume armazenado ao longo dos anos.
29
Figura 4 - Região Hidrológica dos Sertões de Crateús.
Fonte: Autoria própria (2019).
3.2.1 Açude Carnaubal
Localizado ao sul da cidade de Crateús, com as coordenadas de longitude 314.915 e de latitude 9.416.085, o açude Carnaubal é o principal reservatório do município, teve sua construção finalizada no ano de 1990 sendo responsável atualmente por quase a totalidade do
30
abastecimento local (COGERH, 2019). Como é possível observar na Tabela 2, a sua capacidade é de 73,20 hectômetros cúbicos, sendo apenas o quarto maior reservatório da região. Sua bacia pode ser observada na Figura 5, que possui uma área de 2059,2 quilômetros quadrados. O reservatório está situado no Rio Poti, sendo este o segundo principal rio da região.
Segundo dados da COGERH, este reservatório é utilizado para um total de oito atividades, sendo elas: usos públicos por concessionárias, dessedentação animal, usos domésticos locais, recreação, irrigação, pesca artesanal, indústria e agricultura de vazante.
No Gráfico 1 localizado a seguir é possível notar a evolução do volume do reservatório ao longo de 15 anos, tendo como a última década um período crítico em que apenas no ano de 2018 voltou-se a ter uma recarga do volume.
Gráfico 1 - Evolução do volume armazenado do açude Carnaubal.
31
No Gráfico 2, é possível analisar a curva de cota – área – volume (CAV) do reservatório, sendo possível observar que para o volume máximo do reservatório, o espelho de água do mesmo conta com uma área de 12,08 quilômetros quadrados de extensão.
Figura 5 - Bacia do Açude Carnaubal.
32
Gráfico 2 - CAV do Açude Carnaubal.
3.2.2 Barragem Batalhão
Situada dentro da sede municipal de Crateús, a barragem do Batalhão foi construída a princípio apenas para abastecimento do contingente militar que se instalava na cidade, entretanto, após casos de crise hídrica teve sua capacidade ampliada com intuito de abastecer também a população urbana. Segundo os dados da COGERH, a barragem possui uma capacidade de 1,64 hectômetros cúbicos, no entanto, essa capacidade encontra-se reduzida em decorrência do acumulo de sedimentos. A barragem do Batalhão conta com uma área de bacia de 5959,40 quilômetros quadrados e é situada no encontro entre o Riacho do Meio, principal rio da região, e o rio Poti, segundo maior rio, a disposição da área dessa bacia pode ser observada na figura 6. A montante desse reservatório encontra-se os reservatórios Carnaubal, Jaburu II, Barra Velha e Cupim, a jusante dele, não possuem reservatórios, de tal forma que a água vertida pelo mesmo escoa em direção ao estado do Piauí. Atualmente esse sistema tem como principal uso servir de barragem de nível para a captação de água.
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 285 287 289 291 293 295 297 299 301 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 Área (km²) C o ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Carnaubal
Volume Área
33
No Gráfico 3, é possível observar a CAV da barragem do Batalhão, onde se observa uma área de espelho d’água de 0,568 quilômetros quadrados para o volume máximo suportado pelo reservatório.
Fonte: Autoria própria (2019).
34
Gráfico 3 - CAV da Barragem do Batalhão.
Como pode ser visto no Gráfico 4, para a Barragem do Batalhão os dados existentes têm início apenas no ano de 2013 e como já foi retratado, esse reservatório atualmente tem sido apenas uma barragem de nível, dessa forma, o seu volume não é representativo para o funcionamento correto do sistema.
Gráfico 4 - Evolução do volume armazenado na Barragem do Batalhão.
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019).
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 90 92 94 96 98 100 102 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Área (km²) C o ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Barragem do Batalhão
Volume Área
35
3.2.3 Açude Flor do Campo
Localizado no município de Novo Oriente e com coordenadas 314.377 de longitude e 9.383.891 de latitude, o açude Flor do Campo é o responsável pelo abastecimento do município aonde se localiza, sendo o segundo maior reservatório dos Sertões de Crateús, contando com uma capacidade de 105 hectômetros cúbicos (COGERH, 2019). A área total de sua bacia é de 653,8 quilômetros quadrados, o reservatório foi concluído no ano de 1999 e é situado no Rio Poti, como pode ser visto na Figura 7. Possui a montante, o reservatório Colina e a jusante o reservatório Carnaubal.
Os usos para esse reservatório são usos públicos por concessionárias, dessedentação animal, usos domésticos locais, recreação, irrigação, pesca artesanal, balneário e agricultura de vazante
A CAV do mesmo pode ser observada no Gráfico 5, onde em sua capacidade máxima conta com uma área de espelho d’água de 16,82 quilômetros quadrados.
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 332 334 336 338 340 342 344 346 348 350 352 354 356 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 Área (km²) Co ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Flor do Campo
Volume Área
Fonte: Adaptado de COGERH (2019). Gráfico 5 - CAV Açude Flor do Campo.
36
Fonte: Autoria própria (2019).
No Gráfico 6, é possível ver a evolução do volume armazenado para o açude Flor do Campo nos últimos 15 anos.
37
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019). 3.2.4 Açude Jaburu II
Localiza-se no município de Independência, com coordenadas 336.035 de longitude e 9.401.073 de latitude, o açude Jaburu II é o açude de maior capacidade do sistema, com um total de 116 hectômetros cúbicos, sendo este um dos responsáveis pelo abastecimento do município (COGERH, 2019). Possuindo uma área de bacia de 910,9 quilômetros quadrados, o reservatório teve a sua construção concluída em 1984 e é situado no Riacho Jaburu, como é possível observar na Figura 8.
Os usos para esse reservatório são usos públicos por concessionárias, dessedentação animal, usos domésticos locais, recreação, irrigação, pesca artesanal e agricultura de vazante.
38
Fonte: Autoria própria (2019).
Abaixo é demonstrado no Gráfico 7 a evolução do volume armazenado no açude Jaburu II, nos últimos 15 anos. No Gráfico 8 é possível ver a CAV do reservatório Jaburu II, onde em sua capacidade máxima possui um espelho d’água de 21,65 quilômetros quadrados.
39
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019). Gráfico 8 - CAV Açude Jaburu II.
3.2.5 Açude Barra Velha
Localizado no município de Independência, com longitude 353.013 e latitude 9.411.686, o açude Barra Velha possui a terceira maior capacidade do sistema, tendo 99,50 hectômetros cúbicos de capacidade volumétrica (COGERH, 2019). O reservatório possui uma área de bacia de 997,2 quilômetros quadrado, que pode ser visto na Figura 9 e se encontra no Riacho do Meio, principal rio da região e teve sua conclusão no ano de 1999. Tendo apenas a barragem do Batalhão a sua jusante.
Fonte: Adaptado de COGERH (2019).
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 88 90 92 94 96 98 100 102 104 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 Área (km²) C o ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Jaburú II
Volume Área
40
As atividades em que seu recurso é utilizado são usos públicos por concessionárias, dessedentação animal, usos domésticos locais, recreação, irrigação, pesca artesanal, indústria e agricultura de vazante.
No Gráfico 9, vê-se a evolução do volume armazenado no açude Barra Velha para os últimos 15 anos. E no Gráfico 10 é possível observar a CAV do reservatório, que possui uma área de espelho de 15,53 quilômetros quadrados em seu volume máximo.
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019).
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 319 321 323 325 327 329 331 333 335 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 Área (km²) C o ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Barra Velha
Volume Área
Fonte: Adaptado de COGERH (2019).
Gráfico 9 - Evolução do volume armazenado no Açude Barra Velha.
41
Fonte: Autoria própria (2019). 3.2.6 Açude Cupim
Situado no município de Independência, e segundo as informações de COGERH (2019), está localizado com longitude 355.950 e latitude 9.403.693, o açude Cupim conta com uma capacidade de 4,6 hectômetros cúbicos em seu volume máximo e é utilizado como fonte de abastecimento para o município no qual está localizado no período em que o açude Barra
42
Velha, principal reservatório da localidade, não pode suprir a demanda total do local. A bacia do reservatório conta com apenas 80 quilômetros quadrados de extensão, podendo ser observada na Figura 10, sendo a menor dentre os reservatórios do estudado.
Fonte: Autoria própria (2019).
O reservatório encontra-se no rio Cupim, e possui apenas a barragem do Batalhão a sua jusante. Os usos para esse reservatório são dessedentação animal, usos domésticos locais,
43
recreação, irrigação, pesca artesanal, e balneário, nos Gráficos 11 e 12 são mostrados, respectivamente, a evolução dos volumes ao longo dos últimos 15 anos e da CAV do reservatório, onde para o volume de acumulação máximo o reservatório possui 1,66 quilômetros quadrados de espelho d’água.
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019).
3.2.7 Açude Colina
Situado no município de Quiterianópolis, com longitude 310.526 e latitude 9.354.177, o açude Colina conta com um volume de acumulação total de 4,3 hectômetros
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 88 90 92 94 96 98 100 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Área (km²) C o ta ( m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Cupim
Volume Área
Fonte: Adaptado de COGERH (2019).
Gráfico 11 - Evolução do volume armazenado no Açude Cupim.
44
cúbicos (COGERH, 2019). Conta com uma área de bacia total de 360,20 quilômetros quadrados, os quais podem ser observados na Figura 11. O reservatório possui apenas o açude Flor do Campo a sua jusante, não possuindo reservatórios a montante e encontra-se no Rio Poti, segundo principal rio da região.
Fonte: Autoria própria (2019). Figura 11 - Bacia do Açude Colina.
45
Em se tratando do reservatório responsável pelo abastecimento da cidade de Quiterianópolis, é possível ver que os demais usos do reservatório são usos públicos por concessionárias, dessedentação animal, usos domésticos locais, recreação, pesca artesanal e agricultura de vazante., assim como é possível ver a evolução do volume do reservatório no Gráfico 13 e da CAV do mesmo no Gráfico 14.
Fonte: Adaptado de COGERH/FUNCEME (2019).
No Gráfico 14 é possível avaliar a CAV do reservatório e nota-se que para a capacidade máxima do reservatório, a área de espelho d’água do reservatório é de 1,29 quilômetros quadrados. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 85 87 89 91 93 95 97 99 101 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Área (km²) C o ta (m ) Volume (hm³)
CAV - Açude Colina
Volume Área
Fonte: Adaptado de COGERH (2019).
Gráfico 13 - Evolução do volume armazenado no Açude Colina.
46
3.3 Caracterização Climática da Região
Em se tratando de uma região semiárida, com baixos níveis de precipitação anual, como é possível observar no Gráfico 15, a evolução da precipitação ao longo dos anos ao se comparar a série anual de precipitação média para a Região Hidrológica dos Sertões de Crateús com a média, é possível perceber que houve um decréscimo na precipitação ao longo das décadas, sendo ainda mais marcante esse decréscimo ao avaliar a média móvel de 5 anos, onde após o ano de 2011 a precipitação sempre esteve abaixo da média para a região.
Fonte: Autoria própria (2019).
Quanto a evaporação, é possível observar no Gráfico 16 que para a região, a evaporação chega a níveis entre 1500 milímetros por ano e 4800 milímetros por ano, tendo uma média de aproximadamente 3000 milímetros por ano, sendo esse o valor utilizado para preencher o período com falhas na série.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1 9 1 2 1 9 1 5 1 9 1 8 1 9 2 1 1 9 2 4 1 9 2 7 1 9 3 0 1 9 3 3 1 9 3 6 1 9 3 9 1 9 4 2 1 9 4 5 1 9 4 8 1 9 5 1 1 9 5 4 1 9 5 7 1 9 6 0 1 9 6 3 1 9 6 6 1 9 6 9 1 9 7 2 1 9 7 5 1 9 7 8 1 9 8 1 1 9 8 4 1 9 8 7 1 9 9 0 1 9 9 3 1 9 9 6 1 9 9 9 2 0 0 2 2 0 0 5 2 0 0 8 2 0 1 1 2 0 1 4 2 0 1 7 P rec ip itaçã o Anos
Precipitação
Precipitação Média Média Móvel 5 anos Média
Gráfico 16 - Evaporação para a Região Hidrológica dos Sertões de Crateús.
Fonte: Autoria própria com dados da Funceme e INMET (2019). 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 9 6 3 1 9 6 5 1 9 6 7 1 9 6 9 1 9 7 1 1 9 7 3 1 9 7 5 1 9 7 7 1 9 7 9 1 9 8 1 1 9 8 3 1 9 8 5 1 9 8 7 1 9 8 9 1 9 9 1 1 9 9 3 1 9 9 5 1 9 9 7 1 9 9 9 2 0 0 1 2 0 0 3 2 0 0 5 2 0 0 7 2 0 0 9 2 0 1 1 2 0 1 3 2 0 1 5 2 0 1 7 E v ap o raç ão Anos
Evaporação
47
Para a evapotranspiração potencial da região, o INMET apresenta as Normais Climatológicas para os anos de 1981 a 2010 que é apresentada no Gráfico 17, onde é visto que para as estações de Crateús e Tauá, ambas possuem o mesmo comportamento, no qual a evapotranspiração para os meses de março a junho encontra-se nos menores níveis, isso ocorre devido ao período chuvoso da região. Para o período de julho a dezembro, a evapotranspiração encontra-se em ascensão, na qual possui valor máximo no mês de dezembro, com aproximadamente 230 mm/mês (INMET, 2019). 0 50 100 150 200 250 300
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Eva potra nspi ra çã o (mm)
Evapotranspiração Potencial
Crateús TauáGráfico 17 - Evapotranspiração potencial para estações em estudo.
48
4 METODOLOGIA
A presente seção apresenta as fases necessárias para a produção do trabalho em questão, sendo estas mostradas no fluxograma da Figura 12.
Fonte: Autoria própria (2019). Figura 12 - Fluxograma de atividades.
49
Se trata de uma pesquisa quantitativa, sendo de caráter descritivo e explicativo, com uma coleta de dados diretamente dos órgãos responsáveis, COGERH para os dados dos reservatórios e demandas, Funceme para dados pluviométricos e fluviométricos e INMET para os dados de evaporação, sendo os três últimos utilizados posteriormente como dados de entrada para a transformação de chuva-vazão por meio do SMAP, onde as vazões serão calibradas para a estação fluviométrica Fazenda Boa Esperança (Código ANA – 34750000) e cálculo da série pseudo-histórica para os reservatórios do estudo. Estas séries sintéticas decorrentes dessa etapa alimentarão o software LabSid AcquaNet 2013, onde será feita a modelagem do sistema, os cenários e a sua simulação.
4.1 Levantamento de Dados
O levantamento de dados ocorreu em três segmentos: o levantamento de dados climáticos, o levantamento de dados fluviométricos e o levantamento de dados dos reservatórios em estudo. Estes levantamentos serão apresentados nos sub tópicos 4.1.1 ao 4.1.3.
4.1.1 Dados Climáticos
O levantamento de dados climáticos consistiu na escolha das estações a serem utilizadas. As séries de precipitação e evaporação foram obtidas com a Funceme, as estações utilizadas no estudo são apresentadas na Tabela 3, na sequência foi necessário a organização de seus dados de forma diária e mensal para a precipitação.
Tabela 3 - Estações utilizadas.
Cód.
Estação Nome do Posto
Tipo de Estação
Cód.
Estação Nome do Posto
Tipo de Estação
640037 Baixio Precipitação 440003 Curatis Precipitação
640041 Algodões Precipitação 440068 Curatis Precipitação
540052 Quiterianópolis Precipitação 440020 Sucesso Precipitação 540002 Coutinho Precipitação 440055 Ipaporanga Precipitação
540042 Cruz Precipitação 440007 Tamboril Precipitação
540041 Monteiro Precipitação 440080 Açude Carão Precipitação
540030 Iapi Precipitação 440060 Canindezinho Precipitação
540033 Várzea Grande Precipitação 440044 Ararenda Precipitação
540115 Muquem Precipitação 440017 Nova Russas Precipitação
540113 Fazenda Realeza Precipitação 440045 Santo Antônio Precipitação 540007 Iapi Precipitação 440001 S. João das Lontras Precipitação 540005 Tranqueiras Precipitação 440004 Carnaubal Precipitação 540038 Cach. Do Fogo Precipitação 440005 Croatá Precipitação 540003 Novo Oriente Precipitação 440018 Poranga Precipitação
